《煤矿救灾机器人全方位视觉系统的研究》.ppt

煤矿救灾机器人全方位视觉系统的研究;一 课题分析;二 全方位视觉系统的介绍; 但是，全方位煤矿救援机器人视觉系统的研究和设计并非是将传统意义上的云台、摄像装置和移动机器人之间简单的机械联结。对于煤矿救灾机器人，由于工作的特殊性，目前要研制的全方位视觉系统机器人云台不但具有防爆性能，而且体积轻巧，价格便宜，具有夜视功能，是一个完全满足救灾需求的煤矿救灾机器人全方位视觉感知系统。;三 课题研究的主要内容;四 视觉系统总体设计;总体设计的展示;视觉系统三维爆炸图;二维图纸;4-1 图像传感器的选型; 因为摄像头要在煤矿井下，光照低，甚至无光照的环境中工作，因此它还要具有夜视功能。 经过比较，全方位视觉系统选择主动式红外夜视系统。其尺寸和重量很小，能够防水、防尘，视角为120。，在无光环境中可看清5 m的距离，并带有标尺。其功耗很低。在12V电压下，电流小于200 mA，完全满足本质安全防爆的要求。;COMS摄像头;4-2 机械结构的设计;本云台有水平转动和垂直转动两个自度，所以需要两个电机。整个云台不足10Kg。估算两个电机所需的扭矩都小于500Nmm，考虑到不同扭矩间舵机的价格相差不大，而且井下环境恶劣所以选择大扭矩舵机。本设计采用辉煌MG945舵机，参数如下： （1）重量55 g； （2）尺寸为40.7×19.7×42.9（L×W×H）mm； （3）扭矩为1200 Nmm； （4）工作电压为4.8 V时速度为240°/s； （5）工作电压为4.8~7.2 V； （6）工作温度为0 ℃~55 ℃。 ;4.2.2 机械结构形式 视觉系统的机械机构可以简化为右图所示的机构组合。其中旋转轴1通过轴承与底座相连，构成一个旋转关节，决定测量系统的一个自由度；旋转轴2通过轴承与测距仪相连接，构成俯仰机构，决定了测量系统的另一个自由度。这种“上俯仰下回转”结构的特点是结构相对紧凑，所占空间体积小，而相对的工作空间最大，因而是目前使用最广泛的一种云台结构型式。;4.2.3 云台材料的选择 目前用于煤矿环境探测的小型机器人，不但要求其壳体有足够的强度，还要求其重量尽量的轻，以提高机器人的机动性能，减少机器人能量损耗。机器人壳体的毛??可采用轻合金铸造加工，其牌号为ZL401，抗拉伸轻度不低于120Mpa。;4.2.4 水平轴的基本参数 水平轴是连接摄像头和驱动电机的传动轴，主要传递舵机的扭矩。因此，对水平轴的设计要按照扭转强度计算。驱动电机的输出扭矩为1200 Nmm。 根据实心轴的扭转强度公式： ; 从而得出水平轴的最小直径为5.4mm，圆整为6mm。 经过研究，本轴需要分成三段，并且再输出一段打通孔用于固定摄像头。轴的基本结构可以确定为： 。 ;轴各段长度的确定： l1=3mm d1=6mm l2=3mm d2=12mm l3=44mm d3=10mm 轴的强度校核： 整个轴直径最小的部分为第一段，而第三段有一通孔，所以只需要校核这两个部分即可。 第一段：根据公式：;得出第一段符合要求。 第三段有通孔部分： 也是只需校核扭转强度。根据上面的公式，其中 代入数据计算，可得τ=2.62MPa[τ]。所以满足扭矩强度要求。 综上知水平轴满足强度要求。;轴承61800的校核： 轴承径向载荷R为摄像头与防爆壳的重力和R=5N，径向载荷A=0N。61800的载荷参数 所以， ，静载荷符合要求。 因 ， 查表10.5并插值计算 当量动载荷， 由于环境有轻微震动，由表10.6知， 取 带入计算得， 所以动载荷符合要求。 综上知，本轴承符合要求。;4.2.4 垂直轴的基本参数 垂直轴连接垂直驱动电机与底座，也是传递扭矩。其抗扭强度校核与水平轴一致。垂直轴的尺寸主要由标准件的尺寸确定。如下图：; 垂直轴承载的是轴向负荷，需要能承载轴向载荷的滚动轴承。一般选择推力轴承。经查询手册，得到，最小的推力球轴承为51200，其轴径d为均10 mm，暂选51200这种型号的推力轴承。因为51200的外径D1=26mm，安装要求， ，所以轴肩部分的轴径需要定为23mm。而且轴肩的高度不能高于深沟球轴承的内圈。查表可知，深沟球轴承61804符合要求。其内